• 해양환경안전학회지
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• 제27권7호
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• pp.1074-1081
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• 2021

아산화질소(N₂O, Nitrous Oxide)는 6대 온실가스 중 하나로 대기 중에서 적외선을 흡수하여 온실효과를 유발하는 것으로 알려져 있다. 특히 지구온난화지수(GWP)는 CO₂에 비해 310배 높아 국내뿐만 아니라 전 세계적으로 이슈화되고 있으며, 그에 따른 강력한 환경 규제 강화법들이 발의되고 있다. N₂O 저감 기술에는 물리적인 방식에 따라 농축회수, 촉매분해, 그리고 열분해로 구분할 수 있는데, 본 연구에서는 그 중 가장 효과적인 열분해 처리방식에 대해 논의하고자 일반적인 연소 조건 내 고온 열분해 방식을 이용하여 비용 저감과 함께 질소산화물을 저감시키는 온도 조건 및 반응 시간에 대한 정보를 제공하고자 한다. 열분해 조건으로 선정된 고온 영역은 1073 K부터 1373 K까지 100 K 간격을 두고 계산을 수행하였다. 1073 K과 1173 K의 온도조건에 경우, N₂O 저감율과 일산화질소 농도가 체류시간에 따라 비례관계를 이루는 것이 관측되었으며, 1273 K에 경우, 체류시간이 증가함에 따라 발생되는 역반응으로 인해 N₂O 저감율이 감소되는 것이 관측되었다. 특히 1373 K에 경우, 모든 체류시간에 대해 정반응과 역반응이 화학 평형상태에 도달하여 N₂O 저감에 대한 반응진행율이 오히려 감소하는 것으로 확인되었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제48권3호
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• pp.304-310
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• 2010

공침법을 이용하여 구조 조촉매인 $SiO_2$가 첨가된 Fe계 촉매와 $SiO_2$가 첨가되지 않은 Fe계 촉매를 제조하였고, 이러한 두 가지 촉매를 이용하여 $250^{\circ}C$의 온도 및 1.5 MPa의 압력에서 Fischer-Tropsch 합성반응을 수행하였다. $SiO_2$를 첨가한 Fe계 촉매가 $SiO_2$를 첨가하지 않은 Fe계 촉매보다 현저히 우수한 촉매활성을 나타내었고, 144시간의 반응시간동안 뛰어난 촉매안정성을 나타내었다. X-선 회절 및 $N_2$의 물리흡착을 통하여 촉매의 결정구조 및 세공구조를 분석한 결과, $SiO_2$를 첨가할 경우 Fe계 촉매의 분산도가 향상되는 것을 발견할 수 있었다. 또한 $H_2$-TPR(temperature-programmed reduction) 분석결과를 통해, $SiO_2$를 첨가할 경우 $260^{\circ}C$ 이하의 저온 영역에서 $Fe_2O_3$의 $Fe_3O_4$ 및 FeO로의 환원이 촉진되는 것을 확인하였다. 반면 $CO_2$-TPD(temperature-programmed desorption) 분석결과에 의하면, $SiO_2$를 첨가한 결과 촉매의 표면 염기도는 감소하였다. 따라서 $SiO_2$를 첨가한 촉매가 $SiO_2$를 첨가하지 않은 촉매보다 우수한 촉매성능을 나타내는 것은, $SiO_2$를 첨가함에 따라 촉매의 분산이 증진되고 환원이 촉진된 것이 주요 원인인 것으로 생각된다.

• 대한환경공학회지
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• 제22권4호
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• pp.609-617
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• 2000

본 연구에서는 소각로용 SCR(Selective Catalytic Reduction) 촉매개발의 일환으로, 소각로 배기가스 중에 다량 함유되어 있는 염화수소 (HCl) 기체가 촉매활성에 미치는 영향에 관하여 고찰하였다. 연구에 사용된 촉매는 상용 $V_2O_5-WO_3/TiO_2$ 촉매와 구리이온이 교환된 모더나이트형 제올라이트, CuHM 촉매로 실험은 수분의 유무에 따라 건조가스 조건과 습윤가스 조건으로 나누어 수행하였다. 건조가스 조건에서는 염화수소농도가 증가함에 따라 CuHM 촉매의 NO 제거활성이 가역적으로 증가하는 반면 $V_2O_5-WO_3/TiO_2$ 촉매는 비가역적으로 저하되는 상반되는 결과를 보였다. 그리고 수분이 포함된 습윤가스 조건에서는 CuHM와 $V_2O_5-WO_3/TiO_2$ 촉매 모두 비가역적으로 활성이 감소됨이 관찰되었으나, 상대적으로 CuHM이 보다 안정적인 활성을 나타내었다. 이러한 활성변화는 $NH_3$ TPD(Temperature Programmed Desorption) 탈착곡선의 증가, 감소로부터 HCl에 따른 일시적인 산량 증가 또는 영구적인 산점의 변화와 관계됨을 알 수 있었다. 그리고 BET 및 ICP 분석을 통하여 염화수소기체에 의한 촉매의 표면적과 $Cu^{{+}{+}}$ 및 $V_2O_5$ 함유량의 변화를 관찰하였다. 이상의 연구결과로부터 HCl과 같은 산가스를 함유하고 있는 배기가스 중의 질소산화물을 제거할 경우 CuHM 촉매에 대한 선택적 촉매 환원공정의 적용 가능성을 확인할 수 있었다.

• 청정기술
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• 제21권1호
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• pp.68-75
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• 2015

본 연구에서는 높은 열전도성을 갖는 금속-세라믹 core-shell 구조의 CoAl₂O₄@Al 복합체를 Al 금속의 수열반응을 통하여 합성하고, 이를 Rh 촉매의 담지체로 적용하여 구조적, 촉매화학적 특성을 분석하였다. Rh/CoAl₂O₄@Al (3 wt% Rh) 촉매는 단순침적법(incipient wetness impregnation)으로 제조하였고, 특성의 비교평가를 위하여 공침법(co-precipitation)으로 합성한 CoAl₂O₄를 담지체로 하여 Rh/CoAl₂O₄ (3 wt% Rh) 촉매를 단순침적법으로 제조하였다. 이들 촉매들은 N₂ 흡착, XRD, 전자 주사현미경, temperature programmed reduction (TPR), CO 화학흡착 분석을 통해서 그 특성을 분석하였고, 글리세롤 수증기 개질 반응(550 ℃)을 통한 수소전환반응에 적용하여 촉매적 특성을 평가하고 분석하였다. 글리세롤 수증기 개질반응에 대하여 Rh/CoAl₂O₄@Al 촉매는 Rh/CoAl₂O₄ 촉매에 비하여 약 2.8배 높은 글리세롤 전환 turnover frequency (TOF)를 보여주었고, 이는 높은 열전도성을 갖는 금속-세라믹 복합체를 통한 원활한 반응열의 전달에 기인한 것으로 분석되었다. CoAl₂O₄@Al 및 CoAl₂O₄ 담지체에서도 환원에 의하여 노출된 일부 Co 금속에 의한 촉매적 활성이 관찰되었는데, Rh/CoAl₂O₄@Al과 Rh/CoAl₂O₄ 촉매에서와 마찬가지로 core-shell 구조체인 CoAl₂O₄@Al이 CoAl₂O₄ 보다 높은 촉매적 활성을 보였다. 그러나, 이들 촉매는 글리세롤 개질반응에서 비교적 높은 비활성화를 보여주었고 이는 촉매표면의 탄소침적(coking)에 기인한 것으로 판명되었다.

• 청정기술
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• 제17권1호
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• pp.41-47
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• 2011

순수한 $MnO_2$ 산화물을 과망간산칼륨과 망간아세테이트를 사용하여 침전법으로 제조하였고 소성온도를 달리하여 CO 산화반응을 수행하였다. 촉매의 물리화학적 특성을 알아보기 위하여 XRD, $N_2$ 흡착, $H_2-TPR$, CO-TPD 등의 특성분석을 수행하였다. $MnO_2$-300 촉매는 9nm 크기 근처의 좁은 기공크기 분포로 존재하며 $181m^2/g$의 높은 비표면적을 보였다. XRD와 $H_2-TPR$ 분석으로 $MnO_2$ 촉매는 $Mn^{4+}$와 $Mn^{3+}$의 산화상태임을 확인하였다. CO-TPD 분석으로 소성온도가 높아질수록 탈착되는 $CO_2$의 양이 감소하는 것을 확인하였다. $MnO_2$ 촉매의 소성온도에 따른 최적 활성에서는 $300^{\circ}C$에서 소성한 촉매가 가장 좋은 활성을 나타냈으며, $200^{\circ}C$ 이하에서 100%의 CO 전환율을 보였다. 수분 존재하의 CO 산화반응은 활성점에 $H_2O$와 CO의 경쟁 흡착으로 촉매의 활성을 감소시켰으며 수분제거 시 활성이 건조조건과 동일하게 회복되었다.

• 자원리싸이클링
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• 제22권2호
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• pp.53-61
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• 2013

2000년대 이후 화력발전소, 열병합발전소 및 소각로, 화학플랜트 등 고정 오염원의 질소산화물의 배출규제가 발효됨에 따라 대규모 배출업체를 시작으로 SCR(선택적 촉매 환원법) 탈질설비를 도입하고 있으며, 배출오염물 총량규제 등 점차적으로 배출규제가 강화되고 적용 범위가 확대됨으로 인하여 SCR 탈질촉매의 사용량이 증가하는 추세이다. 발전소나 소각장 등에 이미 설치된 SCR 탈질촉매는 2010년을 기점으로 비활성화하여 새로운 촉매로 교체됨으로써 폐촉매가 폐기물이 아닌 자원으로서 재활용하기 위한 기술개발이 절실히 필요한 상황이다. 본 연구에서는 폐촉매 재활용 기술에 대한 특허와 논문을 분석하였다. 분석범위는 1975년 ~ 2012년까지의 미국, 유럽연합, 일본, 한국의 등록/공개된 특허와 SCI 논문으로 제한하였다. 특허와 논문은 키워드를 사용하여 수집하였고, 기술의 정의에 의해 필터링 하였다. 특허와 논문의 동향은 연도, 국가, 기업, 기술에 따라 분석하였다.

• 대한화학회지
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• 제21권6호
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• pp.422-426
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• 1977

Zeolite Y를 합성하여 Co, Ni 및 Pd 이온으로 이온교환하고 수소기류중에서 환원함으로서 전이금속-Zeolite Y 촉매를 얻었다. 이들 Co-, Ni-, Pd-Y와 La-이온교환한 Y(LaY) 촉매에서의 1-butene 및 n-butane의 분해반응을 micro-catalytic pulse 방법으로 연구하였다. 1-Butene 분해반응에 있어서는 Ni-, Co-, Pd-Y 및 LaY 모두 높은 활성을 보여주었고 1-butene 분해반응에 대한 활성은 촉매상의 금속성분과는 큰 관계없이 산성 성분만이 주로 관련되고 있는것 같다. LaY에서는 $400^{\circ}C$에서 n-butane 분해반응에 대한 활성을 나타내지 않았으나 소량의 1-butene을 가함으로써 분해반응이 촉진되었다. Ni- 및 Pd-zeolite Y에서는 n-butane의 분해반응이 현저하게 일어났다. 분해반응에 대해서는 수소에 의한 환원온도가 높고 또 금속성분 함량이 많은 것이 활성이 높았다. n-butane 분해반응에 있어서는 금속성분에서의 butene으로의 탈수소반응이 첫 단계인 것으로 본다. Ni-Y에서는 1-butene과 수소 혼합반응물 및 n-butane의 분해생성물이 모두다 C_1$뿐이었다. n-butane은 Ni-Y에서는 butene으로 탈수소되고 이어서 C_1$으로 hydrocracking 되는 반응과정을 밟고 있다고 본다.

• 공업화학
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• 제22권2호
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• pp.167-172
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• 2011

본 연구에서는 중형기공 탄소(MCs)를 표면처리하여, 표면 관능기를 분석하고, 표면처리 효과를 조사하였다. 직접 메탄올 연료전지의 탄소지지체로 중형기공 실리카(SBA-15)를 이용한 전통적인 주형합성법을 이용하여 중형기공 탄소(MCs)를 합성하였다. 중형기공 탄소는 인산의 농도를 각각 0, 1, 3, 4, 및 5 M로 달리하여, 343 K에서 6 h 동안 처리하였다. 그리고 표면처리된 중형기공 탄소(H-MCs)에 화학적 환원방법을 이용하여 백금과 루테늄을 담지하였다. 표면처리된 탄소지지체에 담지된 백금-루테늄 촉매의 특성을 확인하기 위해 비표면적 측정장치(BET), X-선 회절분석법(XRD), X-선 광전자 분광법(XPS), 투과전자현미경(TEM), 유도결합 플라즈마 질량분석기(ICP-MS)를 이용하였다. 또한, 백금-루테늄 촉매의 전기화학적인 특성을 순환전류전압 실험으로 분석하였다. 표면분석의 결과로부터, 산소를 포함한 화학관능기가 탄소지지체에 도입된 사실을 알 수 있었다. 결론적으로, 4 M의 인산으로 표면처리한 H4M-MCs가 백금-루테늄의 균일한 분산과 함께 전기적인 촉매의 성능을 향상시키는 것을 확인할 수 있었다.

• 공업화학
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• 제32권1호
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• pp.35-41
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• 2021

NH3-SCR에서 상용촉매로 사용되고 있는 VWTi (VOx/WO3-TiO2)는 300~400 ℃에서 우수한 탈질성능을 나타내지만 300℃ 이하 저온에서는 효율이 저하되는 문제가 있다. 저온 탈질효율을 높이기 위하여 promoter를 첨가한 촉매 연구는 꾸준히 진행되고 있으나 촉매의 저온 탈질효율 증진원인과 촉매특성에 관한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 VWTi에 Sb(antimony)를 첨가함으로써 300 ℃ 이하의 NH3-SCR 반응에서 탈질 성능이 10% 이상 증진되는 것을 확인하였고, 이 때 외부확산/내부확산에 의한 영향을 배제하고자 공간속도와 촉매입자 크기를 제어하였다. 또한 Sb의 첨가 유·무에 따른 촉매특성을 BET, TEM/EDS, O2-TPD, H2-TPR, DRIFTs 분석을 수행하여 고찰하였다. Sb의 첨가는 촉매의 표면 흡착 산소 종을 증가시켰으며, 이에 따라 저온에서 촉매의 산화·환원(redox) 특성이 증진되어 우수한 탈질성능을 나타내는 것으로 판단되었다.

• 청정기술
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• 제28권2호
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• pp.174-181
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• 2022

바이오매스는 현재 석유, 천연가스, 석탄 등 화석 연료에서 얻을 수 있는 액체 연료와 유기 화합물을 생산할 수 있는 지속 가능한 대체 자원이다. 화석 연료를 사용하면 온실가스를 배출하기 때문에 바이오매스와 같은 탄소중립적 원료를 사용하는 것은 기후 변화 대응에 기여할 수 있다. 바이오매스 원료로부터 석유 대체 화학 제품과 연료를 생산하기 위한 생물학적 및 화학적 공정이 제안되었지만, 바이오매스에 포함된 높은 산소 함량때문에 화석 연료를 완전히 대체하기 어렵다. 석유와 유사한 연료와 화학 물질을 생산하려면 바이오매스 파생물에 존재하는 산소 원자를 제거하거나 산소 기능기를 전환해야 하며, 이는 촉매 화학적 수첨탈산소화에 의해 달성될 수 있다. 바이오매스 열분해 오일, 리그노셀룰로오스 유래 화학물질, 지질과 같은 원료를 탈산소 연료 및 화학물질로 전환하기 위해 수첨탈산소화가 진행되었다. 높은 표면적의 금속 산화물 또는 탄소에 지지된 귀금속 및 전이 금속으로 구성된 다기능성 촉매는 효율적인 수첨탈산소 촉매로 사용되었다. 본 총설에서는 문헌에서 제안된 촉매를 확인하고 이러한 촉매를 이용한 수첨탈산소 반응 시스템이 논의하였다. 문헌에 보고된 수첨탈산소화 방법을 기반으로, 실현 가능한 수첨탈산소화 공정 개발 방향이 제시하였다.